專利名稱：太陽(yáng)能光熱融雪路面裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及交通安全領(lǐng)域，具體是在雪天環(huán)境下利用太陽(yáng)能技術(shù)融化路面積
雪的裝置。
背景技術(shù)：
國(guó)內(nèi)外交通部門一直非常重視季凍和寒冷地區(qū)路面的交通事故和抗滑問題，尤其是在路面積雪結(jié)冰地區(qū)，并作了大量研究，探索出多種抑制路面積雪結(jié)冰的方法。目前國(guó)內(nèi)外常用的融雪化冰方法包括清除法和融化法。清除法又可分為人為清除法和機(jī)械清除法兩種；融化法包括化學(xué)融化法和熱融化法。具體可以分為以下幾點(diǎn)。1、撒布融雪劑該方法是國(guó)際上較常用的一種路面除冰雪的手段，通過(guò)在路面上撒布化學(xué)藥劑來(lái)降低冰雪融點(diǎn)，使冰雪融化，進(jìn)而清除積雪和積冰。國(guó)內(nèi)外常用的融冰雪劑主要有鹽類和醇類。從實(shí)際使用效果來(lái)看，在一定的環(huán)境條件下，撒布融雪劑可以有效清除道路冰雪， 改善道路安全狀況，提高道路運(yùn)輸效率。但是，醇類融雪劑的除冰雪效果受環(huán)境溫度影響較大，并具有反結(jié)冰現(xiàn)象，即一旦環(huán)境溫度下降，被融化的積雪會(huì)再凍結(jié)成冰，使路面更滑，交通事故率更高。如果環(huán)境溫度過(guò)低或降雪量過(guò)大，融雪劑自身很難快速溶解、融化，須借助車輛輪胎的碾壓作用，所以融冰雪持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，效果差，導(dǎo)致綜合成本大幅度升高。絕大多數(shù)的鹽類融雪劑產(chǎn)品都存在腐蝕性，易腐蝕破壞道路結(jié)構(gòu)和機(jī)動(dòng)車輛，還會(huì)對(duì)土壤、水體和大氣等造成污染，破壞生態(tài)環(huán)境。根據(jù)美國(guó)的一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)報(bào)告，在每年使用 1000萬(wàn)噸融雪劑的情況下，會(huì)對(duì)道路、車輛造成四億 59億美元的損失，對(duì)停車場(chǎng)造成 0. 75億 1. 5億美元的損失，導(dǎo)致5% 10%的植物病變甚至枯死。另外，融雪劑的使用曾造成北京2003年有4000多棵大樹和4萬(wàn)多株灌木死亡，草地受害面積達(dá)3萬(wàn)多平方米，直接經(jīng)濟(jì)損失1500多萬(wàn)元。這種方法對(duì)冰雪清除較徹底，但效率低，費(fèi)用高，作業(yè)時(shí)影響車輛通行及行車安全，不能長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，適用于雪量較小時(shí)或重點(diǎn)難點(diǎn)路段的冰雪清除。2、撒布砂石材料在冰雪路面上撒布一定粒徑的砂石材料，如砂、石屑、爐灰、煤渣和砂鹽混合料等， 能提高冰雪路面的摩擦系數(shù)。砂石的存在一方面使冰雪層的凍結(jié)強(qiáng)度不均勻，另一方面，砂石在冰雪層的運(yùn)動(dòng)使得雪不易壓實(shí)，達(dá)到了抗滑的目的。該方法對(duì)積雪清除較徹底，但效率低、費(fèi)用高、影響交通通行及行車安全、且不能長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，主要適用于小雪及難點(diǎn)路段的積雪清除，且該方法是被動(dòng)方式操作，具有滯后性。3、機(jī)械清除方法機(jī)械清除法由于采用機(jī)械設(shè)備(機(jī)械車輛鏟、推、掃等)故設(shè)備效率高，適合于大面積機(jī)械化清除作業(yè)，但當(dāng)氣溫較低時(shí)，由于冰與路面之間的粘結(jié)力較大，單獨(dú)使用機(jī)械除雪效果并不好，對(duì)冰面清除不徹底，不能從根本上解決路面的抗滑能力，行車安全得不到有效保障。而機(jī)械吹雪方式雖然除雪安全環(huán)保，但只適用于機(jī)場(chǎng)等便于管理、較小范圍、未經(jīng)碾壓過(guò)、厚度較薄的路面積雪，一般是邊下雪邊作業(yè)，機(jī)械需求量大、費(fèi)用高，而且積雪一旦被碾壓或結(jié)冰則無(wú)能為力，該方式不適合交通量較大的公路和城市道路除雪?？梢?，機(jī)械式除雪需要大量的人力、物力和設(shè)備，且屬于被動(dòng)式滯后操作，需要一定時(shí)間才能使交通恢復(fù)正常，且除雪機(jī)械受季節(jié)影響強(qiáng)、使用頻率低、經(jīng)濟(jì)效益較差。4、熱力融冰雪方法此種方法利用熱水、燃?xì)?、電等產(chǎn)生的熱量使冰雪融化，如噴灑熱水法、噴灑融雪劑法、汽車加熱-機(jī)械融化法等。此類方法融雪化冰雖效果較好，但這些方法往往耗能較大，且融化的雪水進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)將路表的灰塵等雜質(zhì)帶入，在路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部積存，進(jìn)而堵塞孔隙，致使排水不暢，影響雪水的排除。5、自應(yīng)力路面抑制冰雪技術(shù)主要通過(guò)在路面鋪裝材料內(nèi)添加一定量的彈性顆粒材料，改變路面與輪胎的接觸狀態(tài)和路面的變形特性，利用彈性材料局部變形能力較強(qiáng)的特性，通過(guò)路面在外荷載作用下產(chǎn)生的自應(yīng)力，使路面冰雪破碎融化，從而有效抑制路面積雪和結(jié)冰。此類技術(shù)中常用的彈性材料多為由廢舊輪胎加工而成的橡膠顆粒。這不但可以有效提高路面的除冰雪能力， 提高道路安全性能和運(yùn)輸效率，而且為廢舊彈性材料的回收利用提供科學(xué)、合理的新途徑， 利于環(huán)境保護(hù)，節(jié)省資源。這是一種被動(dòng)融雪方式，融雪的效果不太好。6、導(dǎo)電鋪面融冰雪技術(shù)在路面鋪裝材料中摻入聚合物類、碳類或金屬類導(dǎo)電摻合料，使高絕緣性的路面鋪裝材料具備熱和電的感知和轉(zhuǎn)換能力，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，熱能通過(guò)鋪面材料與冰雪的接觸面向上傳導(dǎo)，冰雪吸收熱量后溫度逐漸升高，實(shí)現(xiàn)融雪(冰)的目的，該方法耗能較大， 路面絕緣材料的研究和應(yīng)用也沒有完成，其研究和推廣值得進(jìn)一步的探討和升華。7、能量轉(zhuǎn)化型融冰雪技術(shù)能量轉(zhuǎn)化型融冰雪技術(shù)是通過(guò)能量轉(zhuǎn)化設(shè)備，將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為熱能，達(dá)到融雪(冰)的目的?？梢岳玫哪芰恐饕泄I(yè)電能、太陽(yáng)能和地?zé)岬榷喾N能量。該項(xiàng)技術(shù)可以提高能源利用率，而且清潔環(huán)保，適合于機(jī)場(chǎng)、橋面和高速公路的長(zhǎng)大縱坡等局部路段的融冰雪的需要。常見的有發(fā)熱電纜法、紅外線熱源法、儲(chǔ)蓄地?zé)嵩礋峁苋诨?、太?yáng)能熱管法等，由于受能量來(lái)源的限制，利用土壤源熱管和太陽(yáng)能電管的融冰雪技術(shù)正逐步成為研究熱點(diǎn)。土壤源熱管融冰雪技術(shù)是在路(橋)面內(nèi)埋置熱管，利用土壤源熱管，經(jīng)地下?lián)Q熱器從地下提取熱土壤中的低位熱能，經(jīng)熱管提升后，通過(guò)水泵把溫度較高的流體輸送到路(橋)面內(nèi)的排管里面。高溫?zé)崃黧w在排管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，把熱量通過(guò)對(duì)流換熱方式，傳入路 (橋)面。當(dāng)路(橋)面的溫度達(dá)到o°c以上時(shí)，其表面上的冰雪就會(huì)融化，從而達(dá)到融雪 (冰)的目的。而太陽(yáng)能電能融雪化冰路面技術(shù)，是利用太陽(yáng)能儲(chǔ)存轉(zhuǎn)換系統(tǒng)給埋置在路面中的電管加熱，在規(guī)定的不影響交通安全的時(shí)間內(nèi)，使路面積攢的冰雪迅速融化，從而達(dá)到路面除冰雪的目的?，F(xiàn)有的融雪技術(shù)主要有通過(guò)機(jī)械鏟雪吹雪，融雪劑等方法，具有環(huán)境破壞性及融雪滯后性。另外還有采用工業(yè)電能和地源熱泵融雪，其成本較高。
實(shí)用新型內(nèi)容為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型提供了一種太陽(yáng)能光熱融雪路面裝置，該裝置直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，可以有效融化路面積雪。太陽(yáng)能光熱融雪路面裝置，其技術(shù)方案是所述裝置主要由太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)、路面散熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。所述太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)包括集熱器和蓄熱水箱，所述路面散熱系統(tǒng)包括熱管，所述控制系統(tǒng)包括控制器和溫度傳感器。集熱器一端通過(guò)集熱器供水管與蓄熱水箱連接，所述集熱器供水管上有溫度傳感器與控制器連接，集熱器另一端通過(guò)集熱器回水管與蓄熱水箱的底部連接，所述集熱器回水管上有止回閥、循環(huán)泵和溫度傳感器，循環(huán)泵、溫度傳感器與控制器連接；所述蓄熱水箱通過(guò)熱管供水管與熱管的一端連接，所述熱管供水管上有止回閥、循環(huán)泵和溫度傳感器，循環(huán)泵、溫度傳感器與控制器連接，所述蓄熱水箱通過(guò)熱管回水管與熱管的另一端連接，所述熱管回水管上有溫度傳感器。所述蓄熱水箱上有溫度傳感器。所述蓄熱水箱的頂部有排氣閥。所述蓄熱水箱有輔助加熱電源。太陽(yáng)能光熱融雪路面裝置的工作原理是太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為熱能(加熱液體或熱空氣形式)，路面散熱系統(tǒng)將熱能循環(huán)傳入熱管，熱管加熱路面板而實(shí)現(xiàn)有效融雪，控制系統(tǒng)為控制融雪系統(tǒng)的集熱和散熱過(guò)程。以水介質(zhì)為例，太陽(yáng)能集熱器通過(guò)太陽(yáng)能來(lái)加熱集熱器中的水，熱水通過(guò)集熱器供水管進(jìn)入蓄熱水箱儲(chǔ)存。當(dāng)熱水儲(chǔ)存到一定容量時(shí)，通過(guò)控制器開動(dòng)循環(huán)泵，蓄熱水箱的熱水從熱管供水管向熱管供應(yīng)熱水，然管即加熱路面實(shí)現(xiàn)融雪，使用過(guò)的水通過(guò)熱管回水管返回蓄熱水箱繼續(xù)被加熱。當(dāng)蓄熱水箱內(nèi)的水溫降低到一定溫度時(shí)，通過(guò)控制器開動(dòng)循環(huán)泵，蓄熱水箱內(nèi)的水從集熱器回水管返回到集熱器內(nèi)繼續(xù)被加熱，這樣實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)，保證蓄熱水箱內(nèi)部的儲(chǔ)存水穩(wěn)定在一定溫度。路面的加熱，需要熱管中的熱水保證在一定的溫度范圍，但當(dāng)蓄熱水箱內(nèi)的儲(chǔ)存水依然無(wú)法達(dá)到所述溫度范圍的熱水時(shí)，開動(dòng)輔助加熱電源給蓄熱水箱的儲(chǔ)存水加熱。在集熱器回水管和熱管供水管設(shè)置止回閥的目的是為了防止水的逆流。在蓄熱水箱的頂部設(shè)置排氣閥的目的是當(dāng)蓄熱水箱積聚太多蒸汽時(shí)利于排氣。在集熱器供水管和集熱器回水管設(shè)置溫度傳感器的目的是為了監(jiān)控集熱器和蓄熱水箱的溫度變化，保證將蓄熱水箱的水溫控制在一定范圍內(nèi)。在熱管供水管和熱管回水管上設(shè)置溫度傳感器的目的是為了監(jiān)控?zé)峁芎托顭崴涞臏囟茸兓?，再通過(guò)設(shè)置在蓄熱水箱上的溫度傳感器來(lái)開動(dòng)輔助加熱電源，保證蓄熱水箱向熱管的供水溫度達(dá)到所需要求。

圖1太陽(yáng)能光熱融雪路面裝置系統(tǒng)圖。圖中，1為集熱器，2為集熱器供水管，3為蓄熱水箱，4為集熱器回水管，5為循環(huán)泵，6為止回閥，7為溫度傳感器，8為溫度傳感器，9為排氣閥，10為輔助加熱電源，11為溫度傳感器，12為循環(huán)泵，13為止回閥，14為溫度傳感器，15為溫度傳感器，16為熱管供水管， 17為熱管回水管，18為熱管，19為路面，20為控制器。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，太陽(yáng)能光熱融雪路面裝置，所述裝置主要由太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)、路面散熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。所述太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)包括集熱器1和蓄熱水箱3，所述路面散熱系統(tǒng)包括熱管18，所述控制系統(tǒng)包括控制器20和溫度傳感器。集熱器1 一端通過(guò)集熱器供水管2與蓄熱水箱3連接，所述集熱器供水管2上有溫度傳感器7與控制器20連接，集熱器1另一端通過(guò)集熱器回水管4與蓄熱水箱3的底部連接，所述集熱器回水管4上有止回閥6、循環(huán)泵5和溫度傳感器8，循環(huán)泵5、溫度傳感器8與控制器20連接；所述蓄熱水箱 3通過(guò)熱管供水管16與熱管18的一端連接，所述熱管供水管16上有止回閥13、循環(huán)泵12 和溫度傳感器14，循環(huán)泵12、溫度傳感器14與控制器20連接，所述蓄熱水箱3通過(guò)熱管回水管17與熱管18的另一端連接，所述熱管回水管17上有溫度傳感器15。所述蓄熱水箱3上有溫度傳感器11，蓄熱水箱3的頂部有排氣閥9，蓄熱水箱3有輔助加熱電源10。常用集熱器有平板型集熱器、全玻璃真空管集熱器、熱管式真空管集熱器。平板太陽(yáng)集熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、固定安裝、可以采集太陽(yáng)直射輻射和散射輻射、集熱器與環(huán)境間溫差不大時(shí)熱效率較高、成本較低，但它防凍抗凍能力差，不適合在寒冷地區(qū)使用。全玻璃真空管集熱器具有保溫性能好、熱效率高和抗冰雹等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著運(yùn)行不安全、密封不可靠、 結(jié)垢、不承壓、集熱器壽命短等缺點(diǎn)。熱管式真空管集熱器具有以下優(yōu)點(diǎn)熱管工質(zhì)熱容量小，啟動(dòng)快；真空集熱管內(nèi)沒有水，耐冰凍；真空集熱管內(nèi)沒有水，耐熱沖擊；熱管和連集管是金屬，承壓能力強(qiáng)；熱管有“熱二極管效應(yīng)”，保溫好；“干性連接”不漏水，運(yùn)行安全可靠； 真空集熱管“干性連接”，易于安裝維修，但成本高，當(dāng)集熱器與環(huán)境之間溫度差小時(shí)，其熱效率低。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能綜合考慮，平板集熱器適用于華南地區(qū)，即冬季溫度高于o°c的地區(qū)，全玻璃真空管集熱器適合華北及部分西北東北地區(qū)，即冬季最低溫度高于-15°C的地區(qū)，熱管真空管適宜高寒地區(qū)應(yīng)用。集熱器可以通過(guò)并聯(lián)、串聯(lián)和串并聯(lián)混合等方式連接成集熱器組。在保證管路等程的前提下，盡量多串聯(lián)，少并聯(lián)。其并聯(lián)機(jī)組不易超過(guò)六組，并聯(lián)太多，宜造成循環(huán)流量不均衡，閥門調(diào)節(jié)不能保證流量均勻，這樣會(huì)造成系統(tǒng)熱效率下降。集熱器傳熱介質(zhì)應(yīng)根據(jù)地區(qū)氣溫條件確定。比如，冬季的極端最低氣溫在-16. 5°C 以下的地區(qū)，易引起集熱器側(cè)傳熱介質(zhì)的凍結(jié)，導(dǎo)致集熱器的冷損傷，在傳熱介質(zhì)中加入防凍劑(例如乙二醇)是解決傳熱介質(zhì)凍結(jié)的有效方法，采用閉合循環(huán)，考慮到傳熱介質(zhì)的泄露損失，需要設(shè)置傳熱介質(zhì)補(bǔ)給箱。路面散熱系統(tǒng)在室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)采用的是熱水循環(huán)系統(tǒng)，常見埋管形式有三種螺旋形、往復(fù)型和直列型。熱管鋪設(shè)在混凝土路基中，考慮到加工工藝的復(fù)雜性，目前熱力道路融雪系統(tǒng)一般選取直列型埋管方式。由于太陽(yáng)輻射強(qiáng)度既受到晝夜、季節(jié)和地理位置等規(guī)律性因素的影響，又受到天氣變化等隨機(jī)因素的制約，因此，太陽(yáng)能蓄熱技術(shù)顯得尤為重要。在各種蓄熱技術(shù)中，顯熱蓄熱的原理最簡(jiǎn)單、技術(shù)最成熟、成本最低。顯熱蓄熱包括液體顯熱蓄熱和固體顯熱蓄熱， 采用液體進(jìn)行顯熱蓄熱，是各種顯熱蓄熱方式中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最普遍的一種，因路面加熱系統(tǒng)采用液體循環(huán)，所以采用液體顯熱儲(chǔ)熱。[0041]太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的蓄熱水箱一般為常壓水箱，具有足夠的強(qiáng)度和剛度。蓄熱水箱由冷軋鋼板制成，可延長(zhǎng)其使用壽命。一般蓄熱水箱的大小與集熱面積以及集熱溫度有關(guān)， 一般Im2集熱器對(duì)應(yīng)蓄熱水箱的體積為50 100L。蓄熱水箱外采用聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料保溫層。集熱器與蓄熱水箱的位置關(guān)系及管道阻力，采用強(qiáng)制循環(huán)方式，蓄熱水箱蓄熱與否由集熱器側(cè)循環(huán)泵的運(yùn)行決定?？紤]到太陽(yáng)能利用的間歇性和不可靠性，不宜采用手動(dòng)控制循環(huán)泵的啟停，因此，采用控制器自動(dòng)控制集熱器側(cè)循環(huán)泵的啟停。由于太陽(yáng)能的不穩(wěn)定性，太陽(yáng)能光熱系統(tǒng)中必須有一輔助加熱電源，當(dāng)太陽(yáng)輻照不足時(shí)，可開啟三通閥，利用輔助熱源加熱。輔助熱源的選擇有多種方式，可以采用電加熱方式，也可以采用地源熱泵。系統(tǒng)的控制原理如下集熱器溫度與水箱中的水溫之差大于6°C時(shí)，循環(huán)泵5啟動(dòng)，將集熱器中的熱水與水箱熱交換，兩者溫差小于;TC時(shí)，循環(huán)泵5自動(dòng)停止。水箱中溫度小于所要求溫度40°C時(shí)啟動(dòng)輔助熱源，將溫度加熱到45°C時(shí)自動(dòng)停止。由于系統(tǒng)只在融雪時(shí)運(yùn)行，循環(huán)流體選用乙二醇防凍液，故系統(tǒng)不需要防凍循環(huán)， 若循環(huán)流體采用水，則需要防凍循環(huán)，使運(yùn)行成本增加。
權(quán)利要求1.太陽(yáng)能光熱融雪路面裝置，其特征在于所述裝置主要由太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)、路面散熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成；所述太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)包括集熱器(1)和蓄熱水箱(3)，所述路面散熱系統(tǒng)包括熱管(18)，所述控制系統(tǒng)包括控制器00)和溫度傳感器；集熱器(1) 一端通過(guò)集熱器供水管( 與蓄熱水箱C3)連接，所述集熱器供水管( 上有溫度傳感器(7)與控制器00)連接，集熱器(1)另一端通過(guò)集熱器回水管(4)與蓄熱水箱(3)的底部連接，所述集熱器回水管(4)上有止回閥(6)、循環(huán)泵( 和溫度傳感器(8)，循環(huán)泵(5)、溫度傳感器⑶與控制器OO)連接；所述蓄熱水箱(3)通過(guò)熱管供水管(16)與熱管(18)的一端連接，所述熱管供水管(16)上有止回閥(13)、循環(huán)泵(12)和溫度傳感器(14)，循環(huán)泵(12)、 溫度傳感器(14)與控制器OO)連接，所述蓄熱水箱(3)通過(guò)熱管回水管(17)與熱管(18) 的另一端連接，所述熱管回水管(17)上有溫度傳感器(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能光熱融雪路面裝置，其特征在于所述蓄熱水箱(3) 上有溫度傳感器(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能光熱融雪路面裝置，其特征在于所述蓄熱水箱(3) 的頂部有排氣閥(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能光熱融雪路面裝置，其特征在于所述蓄熱水箱(3) 有輔助加熱電源(10)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種太陽(yáng)能光熱融雪路面裝置，所述裝置主要由太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)、路面散熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。所述太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)包括集熱器和蓄熱水箱，所述路面散熱系統(tǒng)包括熱管，所述控制系統(tǒng)包括控制器和溫度傳感器。集熱器、蓄熱水箱、熱管通過(guò)管道依次相連，再通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)集熱和散熱。該裝置直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，可以有效融化路面積雪。
文檔編號(hào)F24J2/34GK202081358SQ201020623640
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者劉迎文, 喻林青, 夏旺民, 尉學(xué)勇, 賈志裕 申請(qǐng)人:西安中交公路巖土工程有限責(zé)任公司